单相光伏并网逆变器的研制

【摘要】： 随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，开发利用清洁的可再生能源势在必行。太阳能是当前世界上最清洁、最现实、最有大规模开发利用前景的可再生能源之一。其中太阳能光伏利用受到世界各国的普遍关注。而太阳能光伏并网发电是太阳能光伏利用的主要发展趋势，必将得到快速的发展。此外，高性能的数字信号处理芯片(DSP)的出现，使得一些先进的控制策略应用于光伏并网逆变器成为可能。本论文就是在此背景下，对太阳能并网发电系统中的核心器件并网逆变器进行了较为深入的研究，以最大限度的利用太阳能，无污染回馈电网为主要目标，采用TI公司生产的TMS320F2812进行控制，开展了太阳能并网发电系统的理论和试验研究，具有重要的现实意义。 文章首先分析比较了光伏并网逆变器的主电路结构和控制策略，提出本文所设计的单相光伏并网逆变器采用两级式并网结构以及改进的固定频率SPWM电流控制策略。其次，分析了太阳能电池的模型及输出特性，比较了几种常用的最大功率点跟踪(MPPT)控制方案，针对本文所设计的两级结构的并网逆变器提出了MPPT控制的实现过程。 针对上述分析与研究，根据系统的整体控制方案，详细介绍了整个系统的硬件设计和软件设计思想：给出了系统主电路结构及参数选择的设计、控制电路设计、硬件资源分配以及系统软件设计流程图。 试验表明：该系统较好的实现了本文提出的控制方案所应完成的各项功能，控制方案简单可行，系统工作稳定可靠，性能良好。 【关键词】：太阳能 光伏并网 逆变器 最大功率点跟踪(MPPT) DSP
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TM464
【目录】：

• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-17
• 1.1 课题背景11-14
• 1.1.1 全球能源危机与环境问题11-12
• 1.1.2 太阳能光伏发电的优点12
• 1.1.3 国内外光伏发电现状12-13
• 1.1.4 我国光伏发电概况和差距13-14
• 1.2 光伏并网发电系统14-16
• 1.2.1 光伏并网系统的组成14-15
• 1.2.2 光伏并网系统的优缺点15
• 1.2.3 光伏发电系统对并网逆变器的要求15-16
• 1.3 课题研究的主要内容16-17
• 2 系统总体设计及工作原理17-27
• 2.1 系统总体设计17-23
• 2.1.1 并网逆变器的选择17-19
• 2.1.2 并网逆变器的回路方式19-23
• 2.1.3 系统总体方案23
• 2.2 系统工作原理23-27
• 2.2.1 前级Boost电路的工作原理24-25
• 2.2.2 后级单相全桥逆变器的工作原理25-27
• 3 单相光伏并网逆变器的控制策略27-35
• 3.1 并网逆变器的控制目标27
• 3.2 并网逆变器的控制方式27-28
• 3.3 并网逆变器的SPWM技术28-31
• 3.4 并网逆变器控制策略的比较光伏31-33
• 3.5 增量式PI控制算法33-35
• 4 太阳能光伏阵列的最大功率点跟踪35-50
• 4.1 光伏阵列的输出特性35-39
• 4.1.1 光伏阵列简介35
• 4.1.2 光伏阵列的工作原理35-36
• 4.1.3 光伏阵列的等效电路模型36-37
• 4.1.4 光伏阵列的输出功率37-38
• 4.1.5 光伏阵列的温度特性和光电特性38-39
• 4.2 最大功率点跟踪法的比较分析39-48
• 4.2.1 恒定电压跟踪法(constant voltage tracking，CVT)40-42
• 4.2.2 扰动观测法(perturb and observer algorithms，P&O)42-44
• 4.2.3 电导增量法(Increment Conductance)44-46
• 4.2.4 间歇扫描法46-47
• 4.2.5 其他MPPT方法47-48
• 4.3 两级结构并网逆变器的最大功率控制方法48-50
• 5 基于DSP芯片的单相光伏并网逆变器设计50-73
• 5.1 系统技术条件50
• 5.2 硬件电路设计50-62
• 5.2.1 BOOST电路主要参数设计50-54
• 5.2.2 逆变器主要参数设计54-56
• 5.2.3 其他参数设计56-58
• 5.2.4 控制电路设计58-62
• 5.3 系统硬件资源分配62-63
• 5.3.1 模拟量采样62
• 5.3.2 PWM输出62-63
• 5.3.3 PDPINT引脚63
• 5.3.4 系统I/O口分配63
• 5.4 系统软件设计63-70
• 5.4.1 系统软件的总体设计63-65
• 5.4.2 系统主程序流程图65-66
• 5.4.3 定时器中断子程序66-67
• 5.4.4 并网同步的实现67
• 5.4.5 PI环控制子程序流程图67-68
• 5.4.6 SPWM脉冲发生子程序流程图68-69
• 5.4.7 控制系统软件抗干扰措施69-70
• 5.5 试验结果及分析70-73
• 6 结论73-75
• 参考文献75-77
• 附录A77-78
• 作者简历78-80
• 学位论文数据集80

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